WO2002053904A1 - Einspritzventil - Google Patents

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WO2002053904A1
WO2002053904A1 PCT/DE2001/004860 DE0104860W WO02053904A1 WO 2002053904 A1 WO2002053904 A1 WO 2002053904A1 DE 0104860 W DE0104860 W DE 0104860W WO 02053904 A1 WO02053904 A1 WO 02053904A1
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valve
valve control
chamber
spring plate
injection
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PCT/DE2001/004860
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Inventor
Patrick Mattes
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention is based on an injection valve, in particular an injection valve for an internal combustion engine, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • Such an injection valve which is known from practice, is used in particular in connection with common-rail accumulator injection systems for diesel combustion engines.
  • a valve control piston which as a rule forms a structural unit with the nozzle needle, is at least partially enclosed by a space which is connected to a high-pressure connection via a so-called high-pressure supply line and contains fuel.
  • a nozzle needle forming a structural unit with the valve control piston interacts with a correspondingly designed valve seat.
  • a combustion chamber of the internal combustion engine leading opening of the injection valve the fuel injection into the combustion chamber can be controlled.
  • the position of the valve control piston and thus that of the nozzle needle is determined by means of a valve-like valve control module which has, for example, a piezoelectric actuator unit.
  • valve control piston In the case of the injection valve of the type mentioned in the introduction, in which the self-valve-shaped valve control module interacts with two valve seats, the translation between the valve control piston and the valve control module takes place via a valve control chamber arranged between the two, which via an inlet throttle and the high-pressure supply line with one with one Common high-pressure accumulator (common rail) is connected to the high-pressure connection and is connected to the valve control module via an outlet throttle and is connected to the free end, ie connects to the end of the valve control piston facing away from the nozzle needle.
  • Common high-pressure accumulator common rail
  • This structure enables a targeted pressure build-up and pressure reduction in the valve control chamber, triggered by means of the valve control module, described below.
  • valve closing member of the valve control module which interacts, for example, with two valve seats
  • the pressure prevailing in the valve control chamber can be released via the outlet throttle.
  • the valve control piston thus moves in the direction of the valve control module, as a result of which the combustion chamber of the internal combustion engine ne leading opening is released and fuel is injected into the combustion chamber.
  • the pressure in the valve control chamber increases so that the valve control piston and thus the nozzle needle are moved into the closed position. So that the nozzle needle is pressed into its seat, so that the injection valve is sealed off from the combustion chamber and no fuel gets into the latter.
  • the injection valve according to the invention with the features according to the preamble of patent claim 1, which has means for filling the valve control chamber via the first inlet channel with the inlet throttle and the second outlet channel with the outlet throttle, has the advantage that the pressure increased considerably faster in the valve control chamber than in the above-described injection valve according to the prior art, since the valve control chamber is filled not only via the inlet channel but also via the outlet channel if necessary. This in turn means that the valve control piston and thus the nozzle needle are moved into their closed position considerably faster. This also reduces the so-called specimen scatter, ie a larger number of usable parts can be produced with the same manufacturing tolerances.
  • the filling of the valve control chamber via the outlet throttle and the inlet throttle results in flatter quantity characteristics of the injection valve or a reduction in the tolerances in the injection quantity.
  • the injection valve according to the invention also leads to an improvement in the small quantity capacity, i.e. the ability to inject the smallest amounts of fuel into the combustion engine in a controlled manner.
  • the means for filling the valve control chamber are designed such that the spring plate is designed to be displaceable, at least in regions, in the axial direction of the valve.
  • the displacement that takes place when the actuator unit is actuated is preferably carried out by means of the valve closing element, which establishes a connection between the valve chamber and the high-pressure supply line, so that the pressure prevailing in the high-pressure supply line is via both the inlet channel having the inlet throttle and the outlet channel having the outlet throttle , which opens into the valve chamber, acts in the valve control chamber. In this way, a large amount of fluid can be introduced into the valve control chamber in a simple manner.
  • connection which can be established by means of the valve closing member between the valve chamber and the high pressure supply line is designed as an annular gap which is arranged between the spring plate and the valve body region which laterally delimits the valve chamber.
  • This annular gap preferably has a height of 5 to 10 ⁇ m.
  • a line for relieving the valve chamber which generally leads to a fuel tank, can have a return throttle.
  • Figure 1 shows a region of a first embodiment of an injection valve according to the invention relevant to the invention in longitudinal section
  • Figure 2 shows an alternative embodiment of an injection valve according to the invention in a representation corresponding to Figure 1.
  • the embodiment shown in Figure 1 shows a fuel injection valve 1, which is provided for installation in an internal combustion engine of a motor vehicle, not shown here, and is designed as a common rail injector for the injection of preferably diesel fuel.
  • the fuel injection valve 1 comprises, as essential structural units, a nozzle module 2 and a valve control module 3.
  • the nozzle module 2 comprises a valve control piston 4, which is in operative connection with a nozzle needle, not shown here, which controls an opening leading to a combustion chamber of the internal combustion engine, or with the latter forms a structural unit.
  • valve control piston 4 The position of the valve control piston 4 and thus that of the nozzle needle is regulated via the pressure level in a valve control chamber 5 which connects to the free end face 6 of the valve control piston 4 and which is arranged via an inlet channel 7 in which a so-called inlet throttle 8 is arranged is connected to a fuel supply channel 9.
  • the fuel supply channel 9 is connected to a high-pressure accumulator common to several injection valves, a so-called common rail.
  • the fuel guided in the fuel supply channel 9 can thus be under a pressure of up to 1.5 kbar.
  • a spring plate 21 In the nozzle module 2, in which the valve control piston 4 is arranged, a spring plate 21 is also arranged, in which the free end of the valve control piston 4 is guided and which delimits the valve control chamber 5.
  • the spring plate 21 is supported by a spring 22 on a support 23, which in turn is connected to the valve control piston 4.
  • the inlet channel 7 is radially aligned and an outlet channel 24 is axially arranged, in which a so-called outlet throttle 25 is formed and which connects the valve control chamber 5 to a valve chamber 18 of the valve control module 3.
  • the drain channel 24 is released or closed via a valve closing member 14 arranged in the valve chamber 18.
  • the spring plate 21 lies with its end facing the valve closing member 14 against a body 12 of the valve control module 3 and is designed to be axially movable.
  • a valve member 10 cooperating with the valve closing member 14 is actuated via an actuator, not shown here, for example designed as a piezoelectric actuator Unit controlled, which is arranged on the side of the valve control piston 4 and thus facing away from the combustion chamber of the valve member 10.
  • the piezoelectric actuator acts on a first piston 11, which is assigned to the valve member 10 and is referred to as an actuating piston.
  • the valve member 10 is arranged axially displaceably in a longitudinal bore of a valve body 12 and comprises, in addition to the actuating piston 11, a second piston 13, a so-called actuating piston, which serves to actuate the valve closing member 14.
  • the actuating piston 13 itself is actuated via a hydraulic transmission, which acts as a hydraulic chamber
  • the hydraulic translation causes the actuating piston 13 to make a stroke which is increased by the ratio of the piston diameters when the actuating piston 11 of larger diameter is moved a certain distance by means of the piezoelectric actuator.
  • the valve closing member 14 acts with a first valve seat
  • first valve seat 16 as a ball seat and the second valve seat
  • valve chamber 18, in which the valve closing member 14 is arranged is separated from a so-called drain chamber 19 by means of the valve closing member 14 interacting with the first valve seat 16, which in turn serves to relieve the drain chamber 19 and the valve chamber 18
  • Return channel 20 branches off to a force not shown here Fabric storage tank leads.
  • a return throttle can be arranged in the return duct 20.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 2 also represents an injection valve 50, in which, for reasons of clarity, the same reference numerals as in FIG. 1 are used for functionally identical components.
  • the injection valve 50 differs from the injection valve according to FIG. 1 in that it does not have a one-part, but a two-part spring plate 21.
  • This consists of an annular wall area 30, in which the inlet channel 7 leading from the high-pressure supply channel 9 to the valve control chamber 5 with the inlet throttle 8 is arranged, and of a plate-shaped base area 31, which is rather by means of a biasing spring 32, which is located on the end face 6 of the valve control piston 4, is pressed against the valve body region 12 of the valve control module 3 when the actuator is not actuated.
  • the outlet channel 24 connecting the valve control chamber 5 to the valve chamber 18 is with the outlet throttle
  • This construction enables only the plate-shaped base area 31 of the spring plate to be displaced in the direction of the valve control piston 4 and thus in the direction of the axis of the injection valve 50 when the piezoelectric actuator is actuated, whereas the annular wall area 30 of the spring plate remains stationary.
  • Valve body region 12 of the valve control module 3 has a gap designated by “s” in FIG. 2, through which fuel under high pressure and guided in the high-pressure supply channel 9 can flow in the direction of the plate-shaped base region 31.
  • the valve closing member 14 which is embodied here as a hemisphere, is located on the first valve seat 16 assigned to it Via the inlet anal 7, the valve control chamber 5 and the outlet channel 24 with the outlet throttle 25 acting on the valve closing member 14, prevailing in the high-pressure supply channel 9, high pressure or rail pressure against the valve seat 16 designed here as a ball seat.
  • the valve closing member 14 is thus in its first blocking position.
  • the injection valve 1 or 50 is to be opened, that is to say if the injection nozzle which is closed by means of the nozzle needle (not shown here) is to be opened, a voltage is applied to the piezoelectric actuator, " whereupon the latter suddenly changes in the axial direction, ie in the direction of the actuating piston 11
  • the actuating piston 11 is thereby displaced in the direction of the actuating piston 13.
  • This releases one via the hydraulic chamber 15 mediated displacement of the actuating piston 13 in the direction of the valve control piston 4.
  • the valve closing member 14 is also moved in the direction of the valve control piston 4, to the extent that the circular area of the valve closing member 14 rests against the bottom area of the one-piece spring plate 21 (FIG.
  • valve closing member 14 If the valve closing member 14 is not in contact with either the first valve seat 16 or the second valve seat 17, fuel located in the valve chamber 18 flows into the outlet chamber 19 and from there via the return channel 20 into the fuel storage tank.
  • the valve control chamber 5 is relieved via the outlet channel 24, in which the outlet throttle 25 is arranged, so that the pressure in the latter is reduced and the valve control piston 4 is displaced in the direction of the valve control module 3.
  • the opening leading to the combustion chamber of the internal combustion engine is released, so that fuel under high pressure and guided in the high-pressure supply duct 9 is injected into the combustion chamber.
  • the actuating piston 11 is retracted in the direction of the actuator, as a result of which the pressure prevailing in the hydraulic chamber 15 is reduced and the valve closing member and thus the actuating piston 13 are likewise moved in the direction of the piezoelectric actuator. until the valve closing member 14 comes to rest in the first valve seat 16. In the transitional period, the pressure prevailing in the valve control chamber 18 is reduced again, as a result of which the valve control chamber is relieved and the nozzle needle opens.
  • the invention can be used not only in the Cornmon Rail injectors described here as a preferred field of application, but also in general in fuel injectors, if appropriate also those with a so-called single-seat actuator.

Abstract

Es wird ein Einspritzventil vorgeschlagen, zumindest umfassend ein Düsenmodul (2), das einen mit einer Düsennadel zusammenwirkenden Ventilsteuerkolben (4) und einen von einem Federteller (21) und einer Stirnseite (6) des Ventilsteuerkolbens (4) begrenzten Ventilsteuerraum (5) aufweist, welcher über einen Zulaufkanal (7) mit einer Hochdruckzufuhrleitung (9) in Verbindung steht und über einen Ablaufkanal (24) mit einem mittels einer piezoelektrischen Aktuator-Einheit betätigten und ventilartig ausgebildeten Ventilsteuermodul (3) in Wirkverbindung steht, das zumindest ein in einem Ventilraum (18) angeordnetes und mit mindestens einem Ventilsitz (16, 17) zusammenwirkendes Ventilschließglied (14) aufweist, wobei die Düsennadel über eine mittels des Ventilsteuermoduls (3) bewirkte Druckminderung in dem Ventilsteuerraum (5) über den Ablaufkanal (24) geöffnet wird und über eine Befüllung des Ventilsteuerraums (5) geschlossen wird. Um ein schnelles Schließen der Düsennadel zu erreichen, hat das Einspritzventil Mittel zur Befüllung des Ventilsteuerraums (5) über den Zulaufkanal (7) und den Ablaufkanal (24).

Description

Einspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Einspritzventil, insbesondere einem Einspritzventil für eine Verbrennungsmaschine, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus .
Ein derartiges Einspritzventil , das aus der Praxis bekannt ist, wird insbesondere in Verbindung mit Common-Rail- Speichereinspritzsystemen für Dieselverbrennungsmaschinen eingesetzt. Bei einem solchen Einspritzventil ist ein Ventilsteuerkolben, der in der Regel mit der Düsennadel eine Baueinheit bildet, zumindest teilweise von einem Raum umschlossen, der über eine sogenannte Hochdruckzufuhrleitung mit einem Hochdruckanschluß verbunden ist und Kraftstoff enthält. Eine mit dem Ventilsteuerkolben eine Baueinheit bildende Düsennadel wirkt mit einem korrespondierend ausge- bildeten Ventilsitz zusammen. So kann in Abhängigkeit von der Lage des Ventilsteuerkolbens über eine zu einem Ver- brennungsraum der Verbrennungsmaschine führende Öffnung des Einspritzventils die Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum gesteuert werden. Die Lage des Ventilsteuerkolbens und damit diejenige der Düsennadel wird mittels eines ventilartig ausgebildeten Ventilsteuermoduls festgelegt, welches über eine beispielsweise piezoelektrische Aktuator- Einheit verfügt .
Bei dem Einspritzventil der einleitend genannten Art, bei welchem das selbst ventilartig ausgebildete Ventilsteuermodul mit zwei Ventilsitzen zusammenwirkt, erfolgt die Übersetzung zwischen dem Ventilsteuerkolben und dem Ventilsteuermodul über einen zwischen diesen beiden angeordneten Ventilsteuerraum, der über eine Zulaufdrossel und die Hoch- druckzufuhrleitung mit einem mit einem gemeinsamen Hochdruckspeicher (Common-Rail) in Verbindung stehenden Hochdruckanschluß und über eine Ablaufdrossel mit dem Ventilsteuermodul in Verbindung steht und sich an das freie Ende, d.h. an das der Düsennadel abgewandte Ende des Ventilsteu- erkolbens anschließt. Dieser Aufbau ermöglicht einen, gezielten, mittels des Ventilsteuermoduls ausgelösten, nachfolgend beschriebenen Druckaufbau und Druckabbau in dem Ventilsteuerraum.
Für den Fall, daß sich das beispielsweise mit zwei Ventilsitzen zusammenwirkende Ventilschließglied des Ventilsteuermoduls zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilsitz befindet, kann sich der in dem Ventilsteuerraum herrschende Druck über die Ablaufdrossel abbauen. Damit verschiebt sich der Ventilsteuerkolben in Richtung des Ventilsteuermoduls, wodurch die zu dem Verbrennungsraum der Verbrennungsmaschi- ne führende Öffnung freigegeben und Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Sobald das Ventilschließglied des VentilSteuermoduls an einem seiner beiden Ventilsitze anliegt, erhöht sich der Druck in dem Ventilsteuerraum, so daß der Ventilsteuerkolben und damit die Dusennadel in Schließstellung verfahren werden. Damit wird die Düsennadel in ihren Sitz gepreßt, so daß das Einspritzventil zum Verbrennungsraum hin dicht abgeschlossen ist und kein Kraftstoff in letzteren gelangt.
Bei dem bekannten, vorstehend beschriebenen Einspritzventil der einleitend genannten Art besteht jedoch das Problem, daß die Düsennadel unter Umständen eine nicht hinreichende Schließgeschwindigkeit aufweist, was zu Emissionsnachteilen des betroffenen Verbrennungsmotors führen kann.
Vorteile der Erfindung
Das Einspritzventil nach der Erfindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, welches Mittel zur Befullung des Ventilsteuerraums über den ersten, die Zulaufdrossel aufweisenden Zulaufkanal und den zweiten, die Ablaufdrossel aufweisenden Ablaufkanal aufweist, hat demge- genüber den Vorteil, daß sich der Druck in dem Ventilsteuerraum erheblich schneller erhöht als bei dem oben beschriebenen Einspritzventil nach dem Stand der Technik, da die Befullung des Ventilsteuerraums im Bedarfsfall nicht nur über den Zulaufkanal, sondern auch über den Ablaufkanal erfolgt. Dies führt wiederum dazu, daß der Ventilsteuerkolben und damit die Düsennadel erheblich schneller in ihre Schließstellung versetzt werden. Dadurch verringert sich zudem die sogenannte Exemplarstreuung, d.h. bei gleichen Toleranzen bei der Fertigung kann eine größere Anzahl einsetzbarer Teile hergestellt werden.
Des weiteren zieht die Befullung des Ventilsteuerraums über die Ablaufdrossel und die Zulaufdrossel flachere Mengen- kennlinien des Einspritzventils bzw. eine Reduzierung der Toleranzen in der Einspritzmenge nach sich. Auch führt das Einspritzventil nach der Erfindung zu einer Verbesserung der Kleinstmengenfähigkeit , d.h. der Fähigkeit, kontrolliert kleinste Mengen an Kraftstoff in die Verbrennungsma- schine einzuspritzen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung sind die Mittel zur Befullung des Ventilsteuerraums so ausgebildet, daß der Federteller zumin- dest bereichsweise in Axialrichtung des Ventils verschiebbar ausgebildet ist. Die bei betätigter Aktuator-Einheit erfolgende Verschiebung erfolgt hierbei bevorzugt mittels des Ventilschließgliedes, welches eine Verbindung zwischen dem Ventilraum und der Hochdruckzufuhrleitung herstellt, so daß der in der in der Hochdruckzufuhrleitung herrschende Druck sowohl über den die Zulaufdrossel aufweisenden Zulaufkanal als auch den die Ablaufdrossel aufweisenden Ablaufkanal, welcher in den Ventilraum mündet, in den Ventilsteuerraum wirkt. So kann auf einfache Weise eine große Menge Fluid innerhalb kurzer Zeit in den Ventilsteuerraum eingebracht werden. Nach einer besonders einfach zu verwirklichenden Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung ist die Verbindung, die mittels des Ventilschließglieds zwischen dem Ventilraum und der Hochdruckzufuhrleitung herstellbar ist, als Ringspalt ausgebildet, welcher zwischen dem Federteller und dem den Ventilraum seitlich begrenzenden Ventil - körperbereich angeordnet ist. Dieser Ringspalt hat bevorzugt eine Höhe von 5 bis 10 μm.
Um eine hohe Leckage aufgrund des bei verschobenem Federteller in dem Ventilraum herrschenden Hochdrucks zu vermeiden, kann eine Leitung zur Entlastung des Ventilraums, welche in der Regel zu einem Kraftstoff orratstank führt, eine Rücklaufdrossel aufweisen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele des Einspritzventils nach der Er- findung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen für die Erfindung relevanten Bereich einer ersten Ausführungsform eines Einspritzventils nach der Er- findung im Längsschnitt, und Figur 2 eine alternative Ausführungsform eines Einspritzventils nach der Erfindung in einer Figur 1 entsprechenden Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 1, das zum Einbau in eine hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und als Common-Rail-Inj ektor zur Einspritzung von vorzugsweise Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Hierzu umfaßt das Kraftstoffeinspritzventil 1 als wesentliche Baueinheiten ein Düsenmodul 2 und ein Ventilsteuermodul 3. Das Düsenmodul 2 umfaßt einen Ventilsteuerkolben 4, der mit einer hier nicht dargestellten Düsennadel, welche eine zu einem Brennraum der Verbrennungsmaschine führende Öffnung steuert, in Wirkverbindung steht bzw. mit dieser eine Baueinheit bildet.
Die Lage des Ventilsteuerkolbens 4 und damit diejenige der Dusennadel wird über das Druckniveau in einem Ventil steuer- raum 5 geregelt, der sich an die freie Stirnseite 6 des Ventilsteuerkolbens 4 anschließt und der über einen Zulauf- kanal 7, in dem eine sogenannte Zulaufdrossel 8 angeordnet ist, mit einem Kraftstoffzufuhrkanal 9 verbunden ist . Der Kraftstoffzufuhrkanal 9 ist mit einem für mehrere Einspritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicher, einem sogenannten Common-Rail, verbunden. Der in dem Kraftstof fzu- fuhrkanal 9 geführte Kraftstoff kann somit unter einem Druck von bis zu 1 , 5 kbar stehen. In dem Dusenmodul 2, in welchem der Ventilsteuerkolben 4 angeordnet ist, ist des weiteren ein Federteller 21 angeordnet, in dem das freie Ende des Ventilsteuerkolbens 4 ge- führt ist und der den Ventilsteuerraum 5 begrenzt. Der Federteller 21 stützt sich über eine Feder 22 an einem Auflager 23 ab, das wiederum mit dem Ventilsteuerkolben 4 verbunden ist.
In dem Federteller 21 ist radial ausgerichtet der Zulaufkanal 7 und axial angeordnet ein Ablaufkanal 24 ausgebildet, in dem eine sogenannte Ablaufdrossel 25 ausgebildet ist und der den Ventilsteuerraum 5 mit einem Ventilraum 18 des Ventilsteuermoduls 3 verbindet. Der Ablaufkanal 24 wird über ein in dem Ventilraum 18 angeordnetes Ventilschließglied 14 freigegeben oder geschlossen.
Der Federteller 21 liegt mit seiner dem Ventilschließglied 14 zugewandten Stirnseite an einem Körper 12 des Ventil- Steuermoduls 3 an und ist axial beweglich ausgebildet.
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspr/itzdau- er und einer Einspritzmenge über Kräf everhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird in dem ventilartig ausge- bildeten Ventilsteuermodul 3 ein mit dem Ventilschließglied 14 zusammenwirkendes Ventilglied 10 über eine hier nicht dargestellte, beispielsweise als piezoelektrischer Aktor ausgebildete Aktuator-Einheit angesteuert, welche auf der dem Ventilsteuerkolben 4 und somit dem Brennraum abgewand- ten Seite des Ventilgliedes 10 angeordnet ist. Der piezoelektrische Aktor greift an einen ersten dem Ventilglied 10 zugeordneten Kolben 11 an, der als Stellkolben bezeichnet wird. Das Ventilglied 10 ist axial verschiebbar in einer Längsbohrung eines Ventilkörpers 12 angeordnet und umfaßt neben dem Stellkolben 11 einen zweiten Kolben 13, einen sogenannten Betätigungskolben, der zur Betätigung des Ventilschließglieds 14 dient.
Die Betätigung des Betätigungskolbens 13 selbst erfolgt über eine hydraulische Übersetzung, die als Hydraulikkammer
15 ausgebildet ist und wie ein hydraulischer Koppler die axiale Auslenkung des mittels des piezoelektrischen Aktors verfahrenen Stellkolbens 11 überträgt. Die hydraulische Übersetzung bewirkt, daß der Betätigungskolben 13 einen um das Übersetzungsverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten Hub macht, wenn der Stellkolben 11 größeren Durchmessers mittels des piezoelektrischen Aktors eine bestimmte Wegstrecke verfahren wird.
Das Ventilschließglied 14 wirkt mit einem ersten Ventilsitz
16 und einem zweiten Ventilsitz 17 zusammen, wobei der erste Ventilsitz 16 als Kugelsitz und der zweite Ventilsitz
17 als Flachsitz ausgebildet ist.
Der Ventilraum 18, in der das Ventilschließglied 14 angeordnet ist, ist bei unbetätigtem piezoelektrischen Aktor mittels des mit dem ersten Ventilsitz 16 zusammenwirkenden Ventilschließglieds 14 von einem sogenannten Ablaufraum 19 getrennt, von welchem wiederum ein zur Entlastung des Ab- laufraums 19 und des Ventilraums 18 dienender Rücklaufkanal 20 abzweigt, der zu einem hier nicht dargestellten Kraft- Stoffvorratstank führt. In dem Rücklaufkanal 20 kann eine Rücklaufdrossel angeordnet sein.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt ebenfalls ein Einspritzventil 50 dar, bei dem aus Gründen der Übersichtlichkeit für funktionsgleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet werden. Das Einspritzventil 50 unterscheidet sich von dem Einspritzventil nach Figur 1 dadurch, daß es nicht einen einteiligen, sondern einen zweiteiligen Federteller 21 aufweist. Dieser besteht aus einem ringförmigen Wandbereich 30, in dem der von dem Hochdruckzufuhrkanal 9 zu dem Ventilsteuerraum 5 führende Zulaufkanal 7 mit der Zulaufdrossel 8 angeordnet ist, sowie aus einem plattenförmigen Bodenbereich 31, wel- eher mittels einer Vorspannfeder 32, die sich an der Stirnseite 6 des Ventilsteuerkolbens 4 abstützt, bei unbetätig- tem Aktuator gegen den Ventilkörperbereich 12 des Ventilsteuermoduls 3 gepreßt ist. In diesem plattenförmigen Bodenbereich 31 ist der den Ventilsteuerraum 5 mit dem Ven- tilraum 18 verbindende Ablaufkanal 24 mit der Ablaufdrossel
25 ausgebildet.
Diese Konstruktion ermöglicht es, daß bei Betätigung des piezoelektrischen Aktors nur der plattenförmige Bodenbe- reich 31 des Federtellers in Richtung des Ventilsteuerkolbens 4 und damit in Richtung der Achse des Einspritzventils 50 verschoben wird, wohingegen der ringförmige Wandbereich 30 des Federtellers ortsfest bleibt.
Des weiteren befindet sich zwischen dem ringförmigen Wandbereich 30 des Federtellers und dem an diesen angrenzenden Ventilkörperbereich 12 des Ventilsteuermoduls 3 ein in Figur 2 mit „s" bezeichneter Spalt, durch den unter Hochdruck stehender, in dem Hochdruckzufuhrkanal 9 geführter Kraftstoff in Richtung des plattenförmigen Bodenbereichs 31 strömen kann.
Die vorstehend beschriebenen Einspritzventile nach den Figuren 1 und 2 arbeiten jeweils in nachfolgend beschriebener Weise .
Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1 bzw. 50, das heißt, wenn keine Spannung an dem piezoelektrischen Aktor anliegt, befindet sich das hier als Halbkugel ausgebildete Ventilschließglied 14 an dem diesem zuge- ordneten ersten Ventilsitz 16. Das Ventilschließglied 14 wird in dieser Stellung mittels des über den Zulauf anal 7, den Ventilsteuerraum 5 und den Ablaufkanal 24 mit der Ablaufdrossel 25 auf das Ventilschließglied 14 wirkenden, in dem Hochdruckzufuhrkanal 9 herrschenden Hochdrucks bzw. Rail-Drucks gegen den hier als Kugelsitz ausgebildeten Ventilsitz 16 gepreßt. Das Ventilschließglied 14 ist damit in seiner ersten Sperrstellung.
Wenn das Einspritzventil 1 bzw. 50 geöffnet werden soll, wenn also die mittels der hier nicht dargestellten Düsennadel verschlossene Einspritzdüse geöffnet werden soll , wird an dem piezoelektrischen Aktor eine Spannung angelegt," worauf sich dieser schlagartig in axialer Richtung, d.h. in Richtung des Stellkolbens 11 ausdehnt. Der Stellkolben 11 wird dadurch in Richtung des Betätigungskolbens 13 verschoben. Dies löst wiederum eine über die Hydraulikkarnme-r 15 vermittelte Verschiebung des Betätigungskolbens 13 in Richtung des Ventilsteuerkolbens 4 aus. Damit wird das Ventilschließglied 14 ebenfalls in Richtung des Ventilsteuerkolbens 4 verfahren, und zwar soweit, bis die Kreisfläche des Ventilschließglieds 14 an dem Bodenbereich des einstückigen Federtellers 21 (Figur 1) bzw. dem plattenförmigen Bodenbereich 31 des zweiteiligen Federtellers 21 (Figur 2) anliegt und der Federteller 21 als Ganzes bzw. der plattenförmige Bodenbereich 31 des Federtellers soweit verschoben ist, daß zwischen dem Federteller und dem Ventilkörperbereich 12 des Ventilsteuermoduls 3 ein Spalt x ausgebildet ist, der eine Höhe von 5 bis 10 μm aufweist.
Wenn das Ventilschließglied 14 weder an dem ersten Ventil - sitz 16 noch an dem zweiten Ventilsitz 17 anliegt, strömt in dem Ventilraum 18 befindlicher Kraftstoff in den Ablaufraum 19, und von dort über den Rücklaufkanal 20 in den Kraftstoffvorratstank ab. Über den Ablaufkanal 24, in dem die Ablaufdrossel 25 angeordnet ist, wird dadurch der Ven- tilsteuerraum 5 entlastet, so daß sich der Druck in letzterem abbaut und sich der Ventilsteuerkolben 4 in Richtung des Ventilsteuermoduls 3 verschiebt. Dadurch wird die zu dem Verbrennungsraum der Verbrennungsmaschine führende Öffnung freigegeben, so daß unter Hochdruck stehender, in dem Hochdruckzufuhrkanal 9 geführter Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt wird.
Wenn das Ventilschließglied 14 an seinem zweiten Ventilsitz 17 anliegt und der Federteller 21 bzw. der Bodenbereich 31 des Federtellers in der dem Ventilkörperbereich 12 abgewandten Richtung verschoben wird, kann sich in dem Ventil- steuerraum 5 erneut der in dem Hochdruckzufuhrkanal 9 herrschende Rail -Druck aufbauen. Dies erfolgt bei dem Einspritzventil nach der Erfindung zum einen über den Zulaufkanal 7 und zum anderen über den Ablaufkanal 24. Dies wird dadurch gewährleistet, daß sich mittels des Ventilschließglieds 14 der oben beschriebene Ringspalt x öffnet, und so der Rail -Druck auch über den Ablaufkanal 24 auf den Ventil - steuerraum 5 wirkt. Dies hat natürlich zur Voraussetzung, daß der zweite Ventilsitz 17 nicht als Dichtsitz ausgebil- det ist, sondern daß der Rail -Druck über einen Spalt in den Ablaufkanal 24 wirken kann.
Dadurch, daß der Rail -Druck über zwei Kanäle in den Ventil - steuerraum 5 wirkt, baut sich der Druck in dem Ventilsteu- erraum 5 mit einer hohen Geschwindigkeit auf, was wiederum zu einer schnellen Schließbewegung des Ventilsteuerkolbens 4 und damit der mit diesem in Verbindung stehenden Düsennadel führt.
Wird die an den piezoelektrischen Aktor angelegte Spannung unterbrochen, so wird der Stellkolben 11 in Richtung des Aktors zurückgefahren, wodurch der in der Hydraulikkammer 15 herrschende Druck gemindert wird und das Ventilschließglied und damit der Betätigungskolben 13 ebenfalls in Rich- tung des piezoelektrischen Aktors verfahren werden, bis das Ventilschließglied 14 in dem ersten Ventilsitz 16 zum Liegen kommt. In der Übergangszeit baut sich der in dem Ventilsteuerraum 18 herrschende Druck erneut ab, wodurch der Ventilsteuerraum erneut entlastet wird und sich die Düsen- nadel öffnet. Die Erfindung kann nicht nur bei den hier als bevorzugtes Einsatzgebiet beschriebenen Cornmon-Rail-Inj ektoren zum Einsatz kommen, sondern generell bei Kraftstoffeinspritzventi- len, gegebenenfalls auch solchen mit einem sogenannten Ein- fachsitz-Stellglied Anwendung finden.

Claims

Ansprüche
1. Einspritzventil, insbesondere für eine Verbrennungsmaschine, zumindest umfassend ein Düsenmodul (2), das einen mit einer Düsennadel zusammenwirkenden Ventil Steuer- kolben (4) und einen von einem Federteller (21) und einer Stirnseite (6) des Ventilsteuerkolbens (4) begrenzten Ventilsteuerraum (5) aufweist, welcher über einen ersten, mit einer Zulaufdrossel (8) versehenen Zulaufkanal (7) mit einer Hochdruckzufuhrleitung (9) in Verbin- düng steht und über einen zweiten, mit einer Ablaufdros- sel (25) versehenen Ablaufkanal (24) mit einem mittels einer insbesondere piezoelektrischen Aktuator-Einheit betätigten und ventilartig ausgebildeten Ventilsteuermo- dul (3) in Wirkverbindung steht, das zumindest ein in einem Ventilraum (18) angeordnetes und mit mindestens einem Ventilsitz (16, 17) zusammenwirkendes Ventilschließglied (14) aufweist, wobei die Düsennadel über eine mittels des Ventilsteuermoduls (3) bewirkte Druckminderung in dem Ventilsteuerraum (5) über den die Ab- laufdrossel (25) aufweisenden Ablaufkanal (24) geöffnet wird, und über eine Befullung des Ventilsteuerraums (5) und damit eine Druckerhöhung in demselben geschlossen wird, gekennzeichnet durch Mittel zur Befullung des Ventilsteuerraums (5) über den die Zulaufdrossel (8) aufweisenden Zulaufkanal (7) und den die Ablaufdrossel (25) aufweisenden Ablauf anal (24) .
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Befullung des Ventilsteuerraums (5) so ausgebildet sind, daß der Federteller (21; 30, 31)) zumindest bereichsweise in Richtung der Achse des Ventils verschiebbar ist .
3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur bei betätigter Aktuator-Einheit erfolgender, zu- mindest bereichsweisen Verschiebung des Federtellers
(21; 30, 31) das Ventilschließglied (14) auf den Federteller (21; 30, 31) wirkt.
4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei betätigter Aktuator-Einheit mittels des Ventilschließglieds (14) eine Verbindung zwischen dem Ventil- räum (18) und der Hochdruckzufuhrleitung (9) hergestellt ist .
5. Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Ventilraum (18) und der Hochdruckzufuhrleitung (9) als Ringspalt (x) ausgebildet ist, der zwischen dem Federteller (21; 30, 31) und dem den Ventilraum (18) seitlich begrenzenden Ventilkörper- bereich (12) angeordnet ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (x) eine Höhe von etwa 5 bis 10 μ aufweist .
7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller einen ringförmigen Wandbereich (30) , in dem der die Zulaufdrossel aufweisende Zulaufkanal (7) ausgebildet ist, und einen plattenförmigen Bodenbereich (31) umfaßt, in dem der die Ablaufdrossel (25) aufweisende Ablaufkanal (24) ausgebildet ist.
8. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der plattenförmige Bodenbereich (31) des Feder- tellers über eine Feder (31) an der Stirnfläche (6) des
Ventilsteuerkolbens (4) abstützt.
9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckentlastung des Ven- tilrau s (18) stromab des Ventilschließglieds (14) eine
Entlastungsleitung (20) abzweigt, in der eine Drossel angeordnet ist.
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